项目二任务2.1 认知PLC

电气控制与驱动目录项目1电气控制电路的识图、安装与调试

任务1.1认知低压电器

任务1.2识读电气控制系统图

任务1.3分析电气控制原理图

任务1.4典型机床控制电路的连接与调试项目2PLC控制系统的构建、编程与调试

任务2.1认知PLC

任务2.2认知三菱PLC

任务2.3PLC控制系统的应用设计项目3变频驱动（调速）系统的构建与调试

任务3.1认知变频器

任务3.2应用变频器基本运行功能控制传送带

任务3.3应用变频器的基本参数控制传送带

任务3.4应用变频器多段速度控制传送带电气控制与驱动目录项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.1利用步进驱动系统实现机械手的直线移动控制

任务4.2利用步进驱动系统实现机械手的定位控制

任务4.3搬运机械手的应用设计项目5伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认识交流伺服系统

任务5.2利用伺服系统速度控制模式控制圆形转盘工作台

任务5.3利用伺服系统转矩控制模式控制圆形转盘工作台

任务5.4

利用伺服系统位置控制模式控制圆形转盘工作台项目1PLC控制系统的构建、编程与调试

任务2.1认知PLC

【任务引入】

可编程控制器（简称PLC）是一种能通过编程方式实现逻辑控制、顺序控制，具有定时、计数等功能的控制器。它是以微处理器（CPU）为核心，综合计算机技术与自动控制技术等发展起来的一种工业控制器。与继电器―接触器控制系统相比，PLC更具灵活性和可靠性；与一般的计算机控制系统（单片机、工控机）相比，更适合工业现场、更面向用户。【任务目标】

了解PLC的基本组成及其工作原理。

了解PLC的主要性能指标及类型。

了解PLC的常用编程语言。【相关知识】2.1.1PLC的基本结构和性能指标

1.PLC的基本结构

PLC是一种专门为工业生产过程设计的控制器，实质上是一种工业控制专用计算机系统。PLC的基本结构如图2-1所示。它由主机模块、输入/输出模块、电源模块和编程器等组成。项目1PLC控制系统的构建、编程与调试

任务2.1认知PLC

1）主机模块

主机模块内主要是一个单片微机系统。它由中央处理器（CPU），只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、输入/输出（I/O）接口、编程器接口及其他专用、扩展接口电路组成。CPU是PLC的核心，PLC的运算、控制都是通过CPU的管理而实现。ROM用来存放系统管理及监控程序。这些系统程序由PLC控制器厂家在出厂前固化在ROM中，用户不能更改。RAM是用户存储器，它分为程序区和数据区。程序区用来存放用户编写的控制程序，此程序可根据需要随时修改、增删；数据区用来存放中间变量、输入/输出数据，提供计数器、定时器和寄存器空间等。图2-1PLC的基本结构项目1PLC控制系统的构建、编程与调试

任务2.1认知PLC

2）输入/输出模块

输入模块的作用是将生产现场的各种开关、触点状态信号从输入端口引入经过整形、滤波，并转换成主机接口要求的电平信号。如果输入的是电压、电流等模拟量信号，还要经过模/数转换，转换成数字量后再送到主机接口。

输出模块的作用是将主机对生产过程或设备的控制信号通过输出端口送到现场执行机构。现场执行机构包括继电器线圈、信号灯、电磁阀等。这些执行机构的操作电源各不相同，有电压源，也有电流源；有直流的，也有交流的。PLC的输出端口也有多种形式，一般采用继电器输出型，也有采用双向晶闸管或晶体管输出型。

为防止现场的强电磁干扰进入引起PLC误动作，在主机I/O接口与现场输入/输出信号之间均采用光电耦合电路。图2-2开关量输入模块原理图项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

（3）电源模块

电源模块是将交流电转换为直流电，为主机及输入、输出模块提供工作电源。目前PLC均采用高性能开关稳压电源供电，用锂电池作交流电停电时的各用电源。传送现场操作、信号灯、电磁阀等执行机构的操作电源由用户配备。

（4）编程器

编程器是PLC的人机对话工具，它由键盘，显示器和工作方式选择开关等组成。在编程方式下，用户用它来输入、检查、调试和修改控制程序。在运行或监控方式下，可监视PLC的工作情况。项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

2.PLC的性能指标与分类PLC一般根据输入、输出总点数及功能，大致分为小型机、中型机和大型机三种规模。小型机一般做成整体式，中型机、大型机一般做成模块式。PLC的规模及主要性能比较如表2-1所示。表2-1PLC的规模及主要性能比较

机型

性能

小型中型大型I/O点数少于256点256～2048多于2048点CPU单双多扫描速度20～40ms/k5～20ms/k低于5ms/k存储器容量少于2KB2～64KB64～2MKB智能I/O无有有通信能力差较强强指令及功能逻辑运算，定时计数能力，用于逻辑控制逻辑运算、算术运算定时、计数能力、用于开、闭环控制和控制能进行各种复杂运算，用于过程控制和网络中的主站编程语言语句表梯形图，语句表梯形图、流程图、语句表项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

2.1.2PLC的基本工作原理PLC的工作原理实质上是一种微型计算机的工作原理，它采用循环扫描的工作方式，即在系统软件控制下，按一定的时钟节拍周而复始的进行工作。如图2-4所示，PLC的基本工作过程大致可分为输入采样、运算处理、输出刷新三个阶段。第一步，PLC中CPU的对各个输入端进行扫描，将现场开关状态及速度、温度、压力等模拟信号的A/D转换数据送到输入状态寄存器中，这就是输入采样阶段；第二步，CPU逐条执行用户程序，即按程序编排对输入数据进行逻辑和算术运算，再将运算结果送入输出状态寄存器，这就是运算处理阶段，也即执行用户程序阶段；当用第三步，当用户程序执行结束后，CPU将输出状态寄存器中的最新结果输送到输出模块，使相应的输出开关动作，以驱动被控设备和执行机构，这就是输出刷新阶段。图2-4PLC的基本工作过程项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器的通信。因此，整个扫描过程如图2-5所示。PLC的这三个工作阶段，再加上PLC的系统自检过程及与编程器通信过程，称为一个扫描周期。扫描周期长短与CPU时钟频率、指令类型、指令条数有关。一般输入采样和集中输出只需1~2ms，所以扫描时间主要由程序执行时间决定。通常为几十毫秒，这对工业控制对象来说几乎是瞬间完成的。2.1.3PLC的常用编程语言PLC控制系统是通过执行用户程序来实现其控制功能的，即用户需按照生产工艺、流程要求编写用户程序，然后用编程器将用户程序写入用户存储器，经调试无误后待用。用户可随时使PLC进入运行工作方式。PLC的编程语言有：梯形图（LAD）、指令语句表（STL）、逻功能模块图（FBD）、顺序功能图（SFC）。中、小型PLC多使用梯形图和指令语句表。图2-5PLC整个扫描过程项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

1.梯形图（LAD）

梯形图是使用最广泛的PLC图形编程语言。它将PLC内部的各种编程元件和各种命令用专用图形符号定义，并按控制要求将有关图形符号按一定的规律连接起来，构成描述输入与输出之间逻辑关系的图形，这种图形称之为PLC控制的梯形图。

梯形图编程所用符号与继电器符号存在着一定的对应关系，如图2-6所示。

梯形图的图形结构与继电器控制电路也存在着一定的相似关系，如图2-7所示。图2-6梯形图符号与继电器符号对照表

图2-7三菱PLC控制梯形图程序项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

梯形图程序的编程规则及含义如下：1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个继电器线圈为一个逻辑行，称为一个梯级。每一个逻辑行起始于左母线，然后是触点的各种连接，最后是线圈与右母线的相连，整个图形呈阶梯形。2）梯形图是PLC形象化编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而，图中各支路也没有真实电流流过。但为了方便，常用“有电流”或得电等术语来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的工作条件。3）梯形图中的继电器不是实际的物理继电器，实质是变量存储器中的触发器，因此，称为“软继电器”。相应地，若某位触发器为“1”态，就表示该“软继电器”线圈通电，其“动合触点”“闭合”、“动断触点”“断开”。4）在梯形图中，信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。5）梯形图中的某个继电器在同一个程序中不能重复使用；而继电器的触点可以重复使用，且使用次数不限。梯形图形象直观、实用，与继电器―接触器线路图在形式上相似，易为电气技术人员所接受，是目前使用最多的一种PLC编程语言。项目1电气控制线路的识图、安装与调试

任务2.1认知PLC

2.指令语句表（STL）

指令语句表类似于计算机汇编语言，它采用一些简单易记的文字符号来表达PLC的各种指令。梯形图语言虽然直观、方便、易懂，但必须配有较大的显示器才能输入图形，一般多用于计算机编程环境中。而指令语句表常用于手持编程器，通过输入助记符语言在现场编制、调试程序。对于同一厂家的PLC产品，其指令语句表语言与梯形图语言是相互对应的，可以相互转换。

指令语句由指令（助记符或操作码）和操作数（地址号或数据）组成，其格式为

步序号

指令

操作数

如：0LDX000

指令通常用助记符或操作码表示，用以表达指令的执行功能。助记符就是指令的英文或其缩写；操作码是指指令的代码，用于某些不便用助记符表示的指令。

操作数指的是指令的操作对象，主要是指继电器的类型和编号，也可以是用户对时间继电器和计数继电器所设的设定值。操作数可以多个，也可不含操作数。0LDX0001ORY0002ANIX0013OUTY0004LDX0025OUTY0016END图2-8指令语句表